2 курс / Гистология / Эмбриональный гистогенез

Оглавление

1. ВВЕДЕНИЕ

Здоровье человека во многом зависит от начальных периодов онтогенеза, когда происходит закладка, формирование и развитие тканей, органов и их систем.

Индивидуальное развитие человека, а также формирование целого ряда врожденных и наследственных заболеваний начинается задолго до оплодотворения, - с момента закладки половых клеток (гамет) в половых железах родителей. Этот период онтогенеза называется прогенез (гаметогенез).

Внутриутробный (пренатальный) период развития человека делится на эмбриональный (8-9 недель от момента зачатия или 9-10 недель от первого дня последней менструации) и фетальный (от конца эмбрионального периода до родов).

Впоследнее время в медицинских науках, изучающих нормальный и патологически измененный онтогенез человека, выделяют его комплексный этап – киемагенез (куеmа - потомство) = прогенез + эмбриогенез +

фетогенез.

Воснове онтогенеза (в т.ч. и раннего) лежат сложнейшие взаимосвязанные процессы морфогенеза.

2

Морфогенез – это процесс филоонтогенетически обусловленного прогрессивного развития живой материи на различных уровнях ее структурной организации в составе целостного организма. Основными морфогенетическими процессами являются: размножение клеток,

детерминация, дифференцировка, индукция, интеграция, клеточные перемещения, апоптоз.

1.Размножение клеток в эмбриогенезе приводит к увеличению численности клеточных популяций. Способы размножения клеток в этот период должны строго обеспечивать равномерное распределение хромосом между дочерними клетками. Этому условию отвечают

дробление и митоз.

2.Детерминация – генетическое предопределение пути развития. В эмбриогенезе происходит последовательное репрессирование активных локусов генома и постепенное сужение спектра возможностей дифференцирования. Детерминация в эмбриогенезе проходит: а)

овотипический (оотипический), б) бластомерный, в) зачатковый

(листковый) и г) тканевый уровни.

3.Дифференцировка – генетически управляемый процесс клеточной специализации. Она обеспечивается появлением в клетке органелл (в т.ч. специальных), которые определяют способность клетки к

функционированию.

4. Индукция – влияние одних эмбриональных субстратов (клеток, зачатков или

тканей) на процессы развития и дифференцировки других эмбриональных субстратов благодаря выработке низко молекеулярных

факторов регуляции морфогенеза. Они воспринимаются рецепторами индуцируемых структур (например: сперматозоид активизирует метаболизм яйцеклетки, хордо-мезодермальный комплекс является стимулятором дифференцировки эктодермы на кожную часть и нейроэктодерму и др.).

5. Интеграция – объединение субстратов различных уровней организации живой

материи в системы в более высоких уровней (например: структуры субклеточных уровней в процессе интеграции образуют клетки, интеграции клеток создают ткани, интеграции тканей - органы и т.д.).

6. Клеточные перемещения – определяются совокупностью многих факторов жизнедеятельности клеток: различные уровни метаболизма, неодинаковость митотической активности, межклеточные контакты разных степеней прочности, индукции и т.д. Клеточные перемещения имеют особое значение в гаструляции (см. ниже). Клетки могут перемещаться: а) в свободном состоянии путем иммиграции (выселения) и б) в составе клеточных пластов путем деламинации (расщепления), инвагинации (впячивания) и эпиболии (обрастания).

7. Физиологическая регенерация – генетически запрграммированное восстановление структур, утраченных в процессе нормальной жизнедеятельности

3

8. Апоптоз – генетически запрограммированная смерть клетки является неотъемлемым компонентом многих стадий эмбриогенеза.

2. ПРОГЕНЕЗ

Основное содержание этого периода заключается в образовании и дифференцировке первичных половых клеток (ППК, гонобласты) в зрелые детерминированные (то есть способные к оплодотворению) клетки - гаметы (сперматозоиды или яйцеклетки). Процесс начинается в организме родителей на самых ранних этапах эмбриогенеза и достигает своего апогея в период половой зрелости (репродуктивный период).

В семенниках (мужские половые железы) протекает сперматогенез, в яичниках (женские половые железы) – основные, но не все стадии овогенеза.

2.1. Образование и миграция первичных половых клеток

Место изначального образования гонобластов (первичных половых клеток или ППК) в точности не установлено. Они являются несингентными клетками для собственного организма (сингенность – генетическая совместимость).

Есть предположение, что гонобласты образуются на самых ранних этапах эмбриогенеза (до дифференцировки зародышевых листков) из некоторых бластомеров, имеющих на вегетативном полюсе цитоплазму, богатую РНК. Этот участок цитоплазмы называется зародышевой плазмой. Она формируется еще в яйцеклетке в ходе оплодотворения и содержит факторы, детерминирующие (определяющие) специфику развития половых клеток.

Морфологически обособившиеся гонобласты представляют собой округло-угловатые клетки (до 20 мкм в диаметре) с псевдоподиями. Ядро содержит диплоидный набор хромосом. Цитоплазма богата гликогеном и щелочной фосфатазой. В ней хорошо развиты митохондрии и цитоскелет. Эти структурные особенности обеспечивают поддержание энергетического обмена клеток на высоком уровне, что способствует их активной подвижности в процессе миграции.

ППК совершают сложный миграционный путь от места их гипотетической закладки до гонад (половых желез). В течение первого месяца эмбриогенеза гонобласты перемещаются (мигрируют) с помощью псевдоподий. В это время они интенсивно размножаются митозом.

Этапы миграционного пути:

• гензеновский (первичный) узелок (компонент формирующейся зародышевой мезодермы, см. лекцию). - гонобласты обнаруживаются на 14-15 сутки эмбриогенеза.

•стенка желточного мешка (20 сутки),

•стенка каудального отдела кишечной трубки (25 сутки)

4

•дорзальная брыжейка (28 сутки),

•индифферентная половая железа (30-35 сутки).

Впроцессе миграции популяция гонобластов растет за счет их деления. Одновременно большое количество гонобластов гибнет (индуцированный апоптоз), что имеет огромное биологическое значение:

• пролиферация гонобластов идет с большим количеством мутации (нарушение генома) и организм стремится в первую очередь освободиться от этих клеток;

• происходит естественный отбор генетически полноценных ППК;

• в развивающемся организме формируется состояние иммунотолерантности (иммунологической невосприимчивости) к сингентному дифферону половых клеток;

• гонобласты, продолжающие миграционный путь, пополняют запасы гликогена и других питательных и энергетических соединений за счет погибших клеток.

Таким образом, гонобласты (ППК) обладают целым рядом характерных морфо-функциональных свойств:

-образуются вне половых органов;

-полностью не дифференцированы (в т.ч. в половом отношении);

-характеризуются плюрипотентностью (неограниченностью путей дифференцировки);

-обладают диплоидным набором хромосом;

-способны к пролиферации путем митоза;

-способны к активной миграции;

-подвержены массовой гибели (путем индуцированного апоптоза).

На 30-35 сутки гонобласты достигают конечного пункта миграции –

индифферентных половых желез.

ППК приобретают округлую форму и теряют способность к активному передвижению. На этой стадии развития половые клетки называются гоноцитами. Они являются стволовыми клетками гаметогенеза (СКГ).

Их дальнейшее дивергентное (бисексуальное) развитие сопряжено с дифференцированием индифферентных гонад по мужскому или женскому типам. Этот процесс начинается на 6-8 неделе эмбриогенеза и во многом связан с наличием или отсутствием инициирующего влияния Y–хромосомы.

2.2. Гаметогенез

При развитии гонад по мужскому типу формируются мужские половые железы – семенники. В них происходит дифференцирование СКГ по пути создания сперматогенного ряда (дифферона) клеток. Этот путь гаметогенеза называется сперматогенезом.

5

В женских половых железах - яичниках процесс гаметогенеза называется овогенезом. В этом случае дифференцирование СКГ идет по пути овогенного

(овоцитарного) ряда (дифферона.) клеток Итогом гаметогенеза является образование высокодифференцированных

гаплоидных половых клеток – сперматозоидов или яйцеклеток. Двукратное уменьшение диплоидного набора хромосом клеток-предшественников (сперматогоний и овогоний) происходит вследствие редукционного деления

–мейоза.

2.2.1.Сперматогенез совершается в четыре стадии, проходя которые клетка сперматогенного дифферона последовательно повышает свой уровень дифференцирования. Каждому уровню дифференцирования (стадии) соответствует особое название клетки

1.Стадия размножения сперматогонии

2.Стадия роста сперматоциты I и II (первого и второго порядков)

3.Стадия созревания сперматиды

4.Стадия формирования (спермиогенез) сперматозоиды (неактивированные)

Сперматогенез начинается после полового созревания и продолжается в течении всего репродуктивного возраста мужчины. Путь дифференцирования сперматогенной клетки от сперматогоний до сперматозоида занимает в среднем 75 суток.

2.2.2. Овогенез (или оогенез) – совершается в три стадии, проходя которые клетка овогенного дифферона последовательно повышает свой уровень дифференцирования. Каждому уровню (стадии) дифференцирования соответствует особое название клетки:

1.Стадия размножения овогонии (оогонии)

2.Стадия роста овоциты (оогонии) I и II порядков

3.Стадия созревания яйцеклетка

• Стадия размножения начинается еще в эмбриональном периоде

развития женского организма. Стадия созревания может осуществляться только после полового созревания. Дифференцировка способной к оплодотворению яйцеклетки происходит в течение овариально-

менструального цикла.

2.3. Функциональная морфология половых клеток (гамет) человека

схемы строения половых клеток см.учебник

2.3.1. Сперматозоид

Сперматозоид – мужская половая гаплоидная подвижная высокодифференцированная клетка.

6

Общий план строения сперматозоида

1.Форма клетки напоминает головастика.

2.Размер по длиннику составляет 60-70 мкм.

3.Ядро – одно, расположено в головке и занимает ее основную часть. Преобладает резко конденсированный хроматин (гетерохроматин). В кариолемме нет ядерных пор. Объем ядра значительно преобладает над цитоплазмой.

4.Цитоплазма занимает незначительную часть головки и распределена в остальных частях клетки. Имеет целый ряд структурных особенностей (см.ниже)

5.Клеточная оболочка (плазмолемма) покрывает все части сперматозоида.

Основные структурные части сперматозоида

I головка – 1) ядро; 2) акросома; 3) рецептор фертильности

IIшейка – 1) проксимальное и 2) дистальное базальные тельца (центриоли);

3)начальный отдел аксонемы; 4) элементы ЭПС

IIIжгутик – А Средняя (промежуточная, вставочная) часть или тело:

1)начальная часть аксонемы; 2) митохондриальная спираль. Б. Хвостовая (конечная) часть:

1)конечная часть аксонемы; 2) микрофибриллярная спираль

Структурно-функциональные особенности сперматозоида

1.Ядро с гаплоидным набором хромосом.

Имеются гиносперматозоиды (с Х – половой хромосомой) и андросперматозоиды (с Y – половой хромосомой). Гиносперматозоиды отличаются более значительной массой. На этом основан метод разделения сперматозоидов по половому признаку путем центрифугирования. Сперматозоид определяет пол будущего организма.

2.Высокая степень дифференцированности.

Заключается в крайней степени специализации («все для оплодотворения»)

3.Самостоятельная подвижность. Скорость до 30-50 мкм/сек (при оптимальных условиях среды обитания)

Развит опорно-двигательный аппарат, представленный: а) базальными тельцами; б) аксонемой; в) микрофибриллами. Хвостовая часть осуществляет «бичеобразные» движения.

4.Уникальный энергетический аппарат

Представлен штопорообразно закрученными вдоль осевой нити митохондриями, которые: а) синтезируют АТФ из фруктозы; б) расщепляют АТФ с выделением энергии с помощью ферментативных белков микротрубочек; в) не наследуются зиготой

7

5.Наличие мембранных рецепторов узнавания яйцеклетки (рецепторы фертильности)

Представлены специализированным белком, расположенным на плазмолемме головки сперматозоида. Должен подойти к аналогичному рецептору яйцеклетки по принципу комплементарности («ключ к замку»).

6.Обладает структурным фактором иммунной защиты.

Вся поверхность сперматозоида покрыта относительно толстым слоем гликокаликса, который предохраняет сперматозоид от иммунной агрессии лимфоцитов в половых путях (своих и женских).

7.Снабжен специальными структурами, обеспечивающими растворение оболочек яйцеклетки, их пенетрацию и проникновение головки сперматозоида в овоплазму.

Этот аппарат представлен акросомой (измененный комплекс Гольджи), которая расположена над ядром. Она концентрирует и выбрасывает литические ферменты, тем самым обеспечивая акросомальную реакцию в ходе оплодотворения.

8.Жизнеспособность в женских половых путях составляет 2-4 суток (оплодотворяющая способность в два раза меньше).

Сперматозоид неспособен к делению. Его жизнедеятельность обеспечивается процессами эндорепродукции, которые крайне ограничены.

9.Способен к анабиозу (anaвновь; bios – жизнь) - длительное выживание в состоянии почти полного, но обратимого прекращения обмена веществ при глубоком замораживании. Используется для создания банка спермы в целях искусственного осеменения.

Функции сперматозоида

Основной комплексной функцией сперматозоида является функция оплодотворения. Она складывается из целого ряда производных функции:

1.Двигательная – с помощью бичеобразных биений жгутика.

2.Секреторная – синтез, выделение и траспортироовка биологически активных веществ (андрогамоны, простагландины)

3.Индукционно-апоптирующая – выделение факторов апоптоза, вызывающих массовую гибель сперматозоидов при прохождении ими женских половых путей.

4.Пенетрационная – прободение оболочек яйцеклетки в ходе

акросомальной реакции.

5.Внесение в цитоплазму яйцеклетки: а) ядра с гаплоидным набором хромосом, б) центриолей.

6.Формирование оси полярности будущей зиготы.

8

7. Детерминирующая - запуск программы детерминации зиготы: а) обеспечение ее половой дифференцировки; б) отделение «зародышевой плазмы»?? от соматоплазмы.

2.3.2. Яйцеклетка

Яйцеклетка – женская половая гаплоидная, высокодифференцированная клетка. Она не обладает самостоятельной подвижностью.

Общий план строения яйцеклетки

1.Форма шаровидная, диаметр 120-130 мкм.

2.Ядро – одно, округлой формы, располагается в центре клетки. Хорошо выражено ядрышко. В кариолемме много ядерных пор.

3.Цитоплазма – слабобазофильная с небольшим количеством равномерно распределенных желточных гранул.

4.Клеточная оболочка – имеет выросты.

Исходя из характеристик содержания желточных гранул, яйцеклетка человека также как и большинства млекопитающих относится к

олигоизолецитальному типу (oligjsмало, isos – равный).

Структурно-функциональные особенности яйцеклетки

1.Ядро содержит гаплоидный набор хромосом.

2.Цитоплазма характеризуется региональностью биогенетических свойств (овотипическая детерминация). Вероятно на этом уровне детерминации формируется и презумптивный (praesumptio - предназначение, предположение) субстрат «зародышевой плазмы» – источника образования гонобластов.

3.В цитоплазме имеется несколько видов гранул (мембранных пузырьков), компоновка которых происходит в комплексе Гольджи:

а) желточные гранулы – заполнены белками вителлинами (vitellus – желток), которые являются основным трофическим материалом яйцеклетки, б) кортикальные гранулы – заполнены гликозаминогликанами (ГАГ-

сложные углеводы), находятся на периферии цитоплазмы в подмембранном слое,

в) мультивезикулярные (лизосомоподобные) тельца - заполнены протеолитическими ферментами, синтез которых происходит в ЭПС.

Кортикальные гранулы и мультивезикулярные тельца при внедрении сперматозоида подвергаются экзоцитозу (кортикальная реакция). Вследствие этого формируется специальная оболочка оплодотворения. Она предотвращает полиспермию (многоспермное оплодотворение).

4.Хорошо развиты многие органеллы общего назначения:

а) митохондрии (до 400-500 шт.) общесоматического типа, наследуются зиготой и в дальнейшем клетками всего зарождающегося организма, б) комплекс Гольджи – участвует в гранулообразовании,

9

в) ЭПС (шероховатая и гладкая) – обеспечивает внутриклеточные синтезы, г) свободные рибосомы – белковые синтезы внутреннего потребления

5.Имеются мембранные рецепторы (рецепторы фертильности) индивидуального и видового отбора сперматозоидов. Представлены специализированными белками в составе плазмолеммы. Отбор осуществляется по принципу комплементарности с соответствующим рецептором сперматозоида.

6.Обладает структурным фактором иммунной защиты. Представлен

блестящей оболочкой (модифицированный гликокаликс), в которой имеются каналы для отростков фолликулярных клеток (см. ниже).

7.Жизнеспособность яйцеклетки после овуляции (выхода гаметы из яичника) весьма ограничена. Способность к оплодотворению сохраняется в течение суток в оптимальных средах обитания. Таковыми являются: серозная жидкость ампул маточных труб и перитонеальная жидкость прямокишечно-маточного (Дугласова) пространства, а также искусственные субстраты, используемые для экстракорпоральных оплодотворений.

Вспомогательные оболочки яйцеклетки

1. Фолликулярная оболочка (наружная). Состоит из нескольких рядов фолликулоцитов – клеток эпителия фолликулов яичника. Фолликулы – это специальные структуры яичника, в которых происходит развитие половых женских клеток.

Функции оболочки: а) трофическая (по отношению к яйцеклетке), б) защитная; в) эндокринная; г) участие в синтезе компонентов блестящей оболочки.

2. Блестящая оболочка (прозрачная зона) – модифицированный гликокаликс (см. выше). Расположена под фолликулярной оболочкой

3. Оболочка оплодотворения - образуется только после проникновения оплодотворяющего сперматозоида. Представляет собой утолщенную уплотнившуюся блестящую оболочку.

Функции яйцеклетки

Основной комплексной функцией яйцеклетки является функция оплодотворения. Она складывается из целого ряда производных функции:

1.Секреторная – в состоянии активной жизнедеятельности яйцеклетка синтезирует и выделяет низкомолекулярные биологические соединения – гиногамоны. Они определяют положительный хемотаксис сперматозоида.

2.Осуществление индивидуального и видового отбора сперматозоидов.

3.Предотвращение полиспермного оплодотворения.

4.Обеспечение процессов овотипической детерминации ( презумпция «зародышевой плазмы» и соматоплазмы).

10